Farklı bilgisayar mimarileri nelerdir?

"Bilişim sistemlerinin unsurları" kitabından geçiyorum. Bu kitap, tüm bilgisayarı sıfırdan nasıl oluşturacağınızı öğretir. Sadece bilgisayar mimarisi bölümlerine göz atarken, hepsinin Von Neumann mimarisine odaklandığını fark ettim. Sadece diğer mimarilerin ne olduğunu ve ne zaman ve nerede kullanıldığını merak ettim.

Sadece iki tanesini biliyorum, biri Von Neumann, ikincisi Harvard. Ayrıca AVR uC'de kullanılan RISC'yi de biliyorum.

Birçok farklı bilgisayar mimarisi vardır.

Bilgisayar mimarilerini kategorilere ayırmanın bir yolu, saat başına yürütülen talimat sayısıdır. Birçok bilgi işlem makinesi her seferinde bir talimat okur ve uygular (ya da sankidahili olarak süslü süperskalar ve sıra dışı şeyler yapsalar bile bunu yaparlar). Bu tür makinelere "von Neumann" makineleri diyorum, çünkü hepsinde bir von Neumann darboğazı var. Bu tür makineler arasında CISC, RISC, MISC, TTA ve DSP mimarileri bulunur. Bu tür makineler arasında akümülatör makineleri, kayıt makineleri ve yığın makineleri bulunmaktadır. Diğer makineler, bir seferde birkaç talimat okur ve yürütür (VLIW, süper skalar), bu da saat başına bir talimat sınırını aşar, ancak yine de saat başına biraz daha fazla sayıda talimatla von Neumann darboğazına çarpar. Yine de, diğer makineler von Neumann darboğazıyla sınırlı değildir, çünkü tüm operasyonlarını bir kez açılışta önceden yüklerler ve daha sonra başka talimat olmadan verileri işlerler. Bu Von-Neumann olmayan makineler veri akışı mimarilerini,

Bilgisayar mimarilerini kategorilere ayırmanın başka bir yolu, CPU ve bellek arasındaki bağlantılardır. Bazı makinelerin birleşik bir belleği vardır, böylece tek bir adres bellekteki tek bir yere karşılık gelir ve bu bellek RAM olduğunda, bu adresi veri okumak ve yazmak için kullanabilir veya kodu çalıştırmak için bu sayacı program sayacına yükleyebilir. Bu makinelere Princeton makineleri diyorum. Diğer makinelerin birkaç ayrı bellek alanı vardır, öyle ki, program sayacı hangi adrese yüklerse yüklensin her zaman "program belleğine" atıfta bulunur ve normal okuma ve yazma işlemleri her zaman farklı veri içeren ayrı bir konum olan "veri belleğine" gider. veri adresinin bitleri program bellek adresinin bitleriyle aynı olsa bile bilgi. Bu makineler "saf Harvard" veya "

Birkaç kişi, Harvard makinelerini içermeyen dar bir "von Neumann makinesi" tanımı kullanır. Bu insanlardan biriyseniz, hem Harvard hem de Princeton makinelerini içeren ve NON-VON'u hariç tutan "von Neumann darboğazına sahip bir makine" daha genel konsepti için hangi terimi kullanırdınız?

Çoğu gömülü sistem Harvard mimarisini kullanır. Birkaç CPU, belki de donanımda inşa etmek için en basit düzenleme olan "saf Harvard" dır: salt okunur program belleğine giden adres veri yolu, sadece birçok eski Microchip PICmicros gibi program sayacına bağlıdır. Bazı değiştirilmiş Harvard makineleri, ayrıca, özel bir "program belleğinden sabit verileri oku" talimatı ile ("veri belleğinden okuma" talimatından farklı olarak) okunabilen sabitleri program belleğine koymaktadır. Yukarıdaki Harvard makinelerinde çalışan yazılımlar, etkin bir şekilde bu yazılıma ROM olan program belleğini değiştiremez. Bazı gömülü sistemler "kendinden programlanabilir", tipik olarak flash bellekteki program belleği ve özel bir "flash belleği silme bloğu" "program belleğinden veri okuma" komutuna ek olarak özel bir "flash belleğe yazma bloğu" talimatı (normal "veri belleğine yazma" talimatından farklı). Birkaç yeni Microchip PICmicros ve Atmel AVR kendi kendine programlanabilen modifiye Harvard makineleridir.

CPU'ları sınıflandırmanın bir başka yolu da saatlerine göre. Çoğu bilgisayar eşzamanlıdır - tek bir genel saati vardır. Birkaç CPU asenkron (bir saati yok) - bir zamanlar dünyadaki en hızlı süper bilgisayarlar olan ILLIAC I ve ILLIAC II dahil.

Lütfen http://en.wikibooks.org/wiki/Microprocessor_Design/Computer_Architecture adresinden her türlü bilgisayar mimarisinin tanımının geliştirilmesine yardımcı olun .

CISC, RISC'nin "zıttı" dır. RISC, derleyicinin optimize etmesi kolay ve genellikle aynı boyutta basit talimatlara sahip olmayı tercih ederken, CISC değişen boyutta karmaşık talimatlara düşkündür.

Örneğin, CISC'deki bir pop talimatı yığın işaretçisini değiştirecek ve verileri yığından başka bir kayıt defterine yerleştirecektir. Ancak, bir RISC işlemcisi verileri bir komutla okuyacak ve daha sonra ikinci bir komutla yığın işaretçisini değiştirecektir. (genellikle; yığın işaretçisini güncelleyebilen ve verileri yığının üzerine itebilen PowerPC gibi bazı istisnalar vardır, ancak bu bir istisnadır)

RISC talimatları aynı boyutta olduğundan, sökücülerin yazılması daha kolaydır. İşlemciyi tasarlamak da daha kolaydır, çünkü boru hattı değişken talimat boyutlarını hesaba katmak zorunda değildir. Bununla birlikte, CISC kod yoğunluğu daha iyi olma eğilimindedir, çünkü karmaşık talimatlar aynı sayıda işlemi temsil etmek için daha az bayt gerektirir ve değişken talimat uzunluğu bazı "sıkıştırmaya" izin verir.

VLIW / EPIC gibi başka egzotik mimariler de var. Bu tür bir mimari paralel işleme düşünülerek tasarlanmıştır. Bununla birlikte, çok iyi bir performans göstermediler, çünkü optimize etmek için derleyiciye çok ağır bir yük yerleştirirken, diğer mimarilerde derleyiciden bazı optimizasyon yükünü hafifleten süslü talimat pencereleri var.

ENIAC gibi bir şey var, burada temel olarak bireysel ALU'larınız var ve bunları bir alu çıkışını o ara değişken üzerinde bir sonraki işlemi gerçekleştirecek olan başka bir alu girişine bağlayarak "programladınız". "Kayıtlarınız" ve depolama alanınız alusu bağlayan tellerdir.

Kısa bir süre önce bu konuya odaklanan "İlk Bilgisayarlar - Tarih ve Mimariler (Bilgisayar Tarihi)" kitabını satın aldım. Bu kitabı sadece akademik makalelerden oluşan, okunması zor bir koleksiyon olsa da satın almanızı önermiyorum ve muhtemelen (ücretsiz) başka bir yerde yayınlandığından şüpheleniyorum. (Giriş işlemini bitirmeden vazgeçtim)

Hafıza icat edildikten ve pratik hale geldiğinde, iki popüler olan Von Neumann ve Harvard'a yerleştik. Yeniden kablolama, delikli kartlar, kağıt bant veya bunun gibi şeylerden daha az pratik hale geldi. Ve muhtemelen kendi değil, Harvard kategorisine girdiğinden şüphelenilen yığın tabanlı (örneğin zpu) var.

Bir bellek arabiriminde salt okunur (normal kullanımda) önyükleme yapan ve diğerinde okuma / yazma veri ram'ına sahip (bazen her ikisi de paralel olarak çalışabilen) ancak program perspektifinden birinde olan von neumann platformlarına ne dersiniz? adres alanı? Veya paralel olarak çalışan ancak aynı adres alanında olduğu için von neumann olan birkaç dahili ve harici anı / arayüze sahip olanlar.

Ve işlemcinin önyükleyiciyi değiştirmek / yükseltmek veya önyükleyicinin bir sonraki programı çalıştırmak üzere yüklemesi için talimat belleğine veri olarak erişemediği bir harvard platformu ne işe yarar? Neden bir von neumann mimarisi değil? Aynı arabirimde aynı bellekten çalışan ve aynı arabirimde çalışan işlemci büyük olasılıkla ardışık (talimat getirme ve bellek yazma işlemleri aynı anda gerçekleşmez)?

İki popüler bellek tabanlı mimari, mevcut IMO uygulamalarında farklı olanlardan daha yakındır.

GPu'nun düşüşü nerede? Ya da içinde çalıştığım işletme, ağ işlemcileri (NPU'lar). Harvard benzeri bir program koçundan yürüten bu nispeten küçük özel amaçlı mikro motorlara (işlemciler) sahipseniz (adreslenebilir, ancak bunu performans nedenleriyle yapmak istemezseniz), her biri kendi ayrı adres alanına (farklı işlemci) sahip çeşitli veri koçları üzerinde çalışın her boşluk için talimatlar), (paralel olarak çalışan bellek boşlukları) ve bu koçlar aracılığıyla bir sonraki hesaplamanın bir sonraki mikro motor tarafından kablolu bir alu (eniac) gibi moda yapılması için ara verileri dağıtır mı? Buna ne denir? NPus ve GPus sadece modifiye edilmiş harvard mimarileri mi?

Hem von Neumann hem de Harvard mimarileri AVR ve ARM gibi RISC işlemcilerle kullanılabilir. AVR, Harvard'ı kullanırken bazı ARM yongaları von Neumann'ı ve bazıları Harvard'ı kullanıyor.